生产者和消费者问题
生产者与消费者问题实验报告
生产者与消费者问题实验报告篇一：生产者和消费者问题实验报告实验报告课程名称：操作系统实验名称：生产者和消费者问题学号：学生姓名：班级：指导教师：评分：实验日期：XX年 10月 22 日篇二：操作系统实验报告经典的生产者—消费者问题实验二经典的生产者—消费者问题一、目的实现对经典的生产者—消费者问题的模拟，以便更好的理解经典进程同步问题。
二、实验内容及要求编制生产者—消费者算法，模拟一个生产者、一个消费者，共享一个缓冲池的情形。
1、实现对经典的生产者—消费者问题的模拟，以便更好的理解此经典进程同步问题。
生产者－消费者问题是典型的PV操作问题，假设系统中有一个比较大的缓冲池，生产者的任务是只要缓冲池未满就可以将生产出的产品放入其中，而消费者的任务是只要缓冲池未空就可以从缓冲池中拿走产品。
缓冲池被占用时，任何进程都不能访问。
2、每一个生产者都要把自己生产的产品放入缓冲池，每个消费者从缓冲池中取走产品消费。
在这种情况下，生产者消费者进程同步，因为只有通过互通消息才知道是否能存入产品或者取走产品。
他们之间也存在互斥，即生产者消费者必须互斥访问缓冲池，即不能有两个以上的进程同时进行。
三、生产者和消费者原理分析在同一个进程地址空间内执行两个线程。
生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。
消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。
当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放一个空缓冲区。
当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻挡，直到新的物品被生产出来。
四、生产者与消费者功能描述：生产者功能描述：在同一个进程地址空间内执行两个线程。
生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。
当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。
消费者功能描述：消费者线程从缓冲区获得物品，然后释放缓冲区，当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。
消费者剩余和生产者剩余例题
消费者剩余和生产者剩余例题
消费者剩余和生产者剩余是微观经济学中的重要概念，用来衡
量市场交易对消费者和生产者的福利影响。
消费者剩余是指消费者
愿意为一定数量的产品支付的价格与其实际支付的价格之间的差额，代表了消费者因低于其愿意支付的价格而获得的福利。
生产者剩余
则是指生产者愿意以一定价格出售产品与其实际获得的价格之间的
差额，代表了生产者因高于其愿意接受的价格而获得的福利。
举个例子来说明消费者剩余和生产者剩余，假设某商品的市场
均衡价格为10元，某消费者愿意为该商品支付15元，但实际只需
支付10元购买到了该商品，那么该消费者的消费者剩余为15元-10
元=5元。
而在生产者方面，假设生产者愿意以5元的价格出售该商品，但实际可以以10元的价格出售，那么生产者的生产者剩余为
10元-5元=5元。
从消费者和生产者的角度看，消费者剩余和生产者剩余都是正
面的福利，代表了他们因市场交易而获得的好处。
消费者剩余衡量
了消费者愿意为产品付出的额外福利，而生产者剩余则衡量了生产
者以低于其愿意接受的价格出售产品所获得的额外福利。
总的来说，消费者剩余和生产者剩余的概念有助于我们理解市场交易对消费者和生产者福利的影响，也有助于政府和企业制定相关政策和战略。
希望这个例子能够帮助你更好地理解消费者剩余和生产者剩余的概念。
生产者与消费者问题
⽣产者与消费者问题⽣产者与消费者问题是Java多线程中⼀道⾮常经典的问题，问题如下： ⽣产者与消费者问题也称缓存问题，⽣产者与消费者即Java 中的线程，⽣产者与消费者问题即⽣产者⽣产⼀定数量的线程放⼊缓存区中，供消费者消费者消费，在消费和⽣产的过程中，如果⽣产者⽣产的产品超过了缓存区的上限则停⽌⽣产，等待消费者消费，如果缓存区的产品被消费完，消费者则停⽌消费，等待⽣产者⽣产 ⾸先，我们来看题⽬，从题⽬中我们⼀个可以抽取出⼏个实体类呢？答案是4个 Consumer（消费者），Producer（⽣产者），Product（产品），WareHouse（缓冲区，也叫仓库），于是项⽬结构如下，main 为测试类产品类package ProducersAndConsumers;//产品public class Product {//产品需要⼀个id 来表明产品的唯⼀性private Integer productId;//id直接由构造⽅法传⼊public Product(Integer productId) {this.productId = productId;}public Integer getProductId() {return productId;}@Overridepublic String toString() {return "Product{" +"productId=" + productId +'}';}}仓库package ProducersAndConsumers;import java.util.LinkedList;//仓库类public class WareHouse {//仓库容量，我们设置为10个private final int max = 10;//仓库基础的数量private final int base = 0;//我们设置⼀个集合来存放⽣产的产品，由于我们需要⼀个可以弹出最后⼀个产品的⽅法，所以我们在这⾥使⽤LinkedListprivate LinkedList<Product> products = new LinkedList<>();//⽣产⽅法public synchronized void push(Product product) {//判断是否有空间存放产品while(max==products.size()){try{System.out.println("仓库已满，消费者快来消费"+Thread.currentThread().getName()+"停⽌⽣产");//仓库满后停⽌当前线程this.wait();}catch (Exception ex){ex.printStackTrace();}}//⽣产商品products.addLast(product);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"⽣产了⼀个产品:"+product.getProductId()+"号");try{//等待1秒，⽅⾯我们观察Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}notifyAll();}//消费⽅法public synchronized void pop() {//判断是否有产品while (products.size()==base){try{System.out.println("仓库空了，⽣产者快点⽣产"+Thread.currentThread().getName()+"停⽌消费");//仓库空后停⽌当前线程this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//消费商品System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费了⼀个产品:"+products.getLast().getProductId()+"号"); products.removeLast();try{//等待1秒，⽅⾯我们观察Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}notifyAll();}}⽣产者package ProducersAndConsumers;//⽣产者public class Producer implements Runnable {//⽣产产品的idprivate int count = 0;//仓库private WareHouse wareHouse;//⽣产者和消费者都是⽤同⼀个仓库，所以我们只要声明⼀个仓库，在由构造⽅法传⼊即可public Producer(WareHouse wareHouse) {this.wareHouse = wareHouse;}//⽣产⽅法@Overridepublic void run() {while (true){Product product = new Product(count);wareHouse.push(product);// 产品id不可重复，所以我们使⽤⾃增策略count++;}}}消费者package ProducersAndConsumers;public class Consumer implements Runnable{//仓库private WareHouse wareHouse;//⽣产者和消费者都是⽤同⼀个仓库，所以我们只要声明⼀个仓库，在由构造⽅法传⼊即可public Consumer(WareHouse wareHouse) {this.wareHouse = wareHouse;}//消费⽅法@Overridepublic void run() {while (true){wareHouse.pop();}}}最后测试类package ProducersAndConsumers;//测试类public class Main {public static void main(String[] args) {WareHouse wareHouse = new WareHouse();Producer producer = new Producer(wareHouse);Consumer consumer = new Consumer(wareHouse); Thread producerT = new Thread(producer,"⽣产者"); Thread consumerT = new Thread(consumer,"消费者"); producerT.start();consumerT.start();}}。
生产者消费者问题例题及详解
生产者消费者问题例题及详解生产者消费者问题是一个经典的并发问题，涉及到两个独立的线程：生产者和消费者。
生产者生产物品，消费者消费物品。
生产者、消费者共享一个公共的固定大小的缓冲区。
以下是一个简单的生产者消费者问题的例子：假设有一个固定大小的缓冲区，大小为N。
生产者负责生成数据放入缓冲区，而消费者负责从缓冲区取出数据并处理。
1. 当缓冲区为空时，消费者被阻塞，等待生产者生产数据。
2. 当缓冲区满时，生产者被阻塞，等待消费者消费数据。
3. 缓冲区的每个元素只能被消费一次。
4. 缓冲区是循环使用的，即当缓冲区的最后一个元素被消费后，下一个元素将是缓冲区的第一个元素。
问题：如何实现这个生产者消费者模型？解答：可以使用条件变量和互斥锁来实现这个模型。
首先，定义一个缓冲区数组和一个计数器变量来跟踪缓冲区的使用情况。
然后，定义两个条件变量：一个用于生产者等待缓冲区非空，另一个用于消费者等待缓冲区非空。
最后，使用互斥锁来保护对缓冲区和计数器的访问。
以下是使用C++实现的代码示例：```cppinclude <iostream>include <thread>include <mutex>include <condition_variable>const int N = 5; // 缓冲区大小int buffer[N]; // 缓冲区数组int count = 0; // 计数器变量，表示缓冲区的使用情况std::mutex mutex; // 互斥锁std::condition_variable cv_prod; // 生产者等待条件变量std::condition_variable cv_cons; // 消费者等待条件变量void producer() {for (int i = 0; i < N 2; i++) {std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);cv_(lock, []{ return count < N; }); // 等待缓冲区非空buffer[count] = i; // 生产数据放入缓冲区std::cout << "Producer produced " << i << std::endl;count++; // 更新计数器变量if (count == N) count = 0; // 循环使用缓冲区cv__one(); // 通知消费者消费数据}}void consumer() {for (int i = 0; i < N 2; i++) {std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);cv_(lock, []{ return count > 0; }); // 等待缓冲区非空int data = buffer[count]; // 从缓冲区取出数据并处理 std::cout << "Consumer consumed " << data << std::endl;count--; // 更新计数器变量if (count == -1) count = N - 1; // 循环使用缓冲区cv__one(); // 通知生产者生产数据}}int main() {std::thread prod(producer); // 创建生产者线程 std::thread cons(consumer); // 创建消费者线程 (); // 等待生产者线程结束(); // 等待消费者线程结束return 0;}```。
操作系统中的经典问题——生产者消费者问题（两种方式实现）
操作系统中的经典问题——⽣产者消费者问题（两种⽅式实现）操作系统中的经典问题——⽣产者消费者问题（两种⽅式实现）1、问题引⼊：什么是⽣产者消费者问题？⽣产者消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是⼀个多线程同步问题的经典案例。
该问题描述了共享固定⼤⼩缓冲区的两个线程——即所谓的“⽣产者”和“消费者”——在实际运⾏时会发⽣的问题。
⽣产者的主要作⽤是⽣成⼀定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。
与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。
该问题的关键就是要保证⽣产者不会在缓冲区满时加⼊数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
.要解决该问题，就必须让⽣产者在缓冲区满时休眠（要么⼲脆就放弃数据），等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候，⽣产者才能被唤醒，开始往缓冲区添加数据。
同样，也可以让消费者在缓冲区空时进⼊休眠，等到⽣产者往缓冲区添加数据之后，再唤醒消费者。
通常采⽤进程间通信的⽅法解决该问题。
如果解决⽅法不够完善，则容易出现死锁的情况。
出现死锁时，两个线程都会陷⼊休眠，等待对⽅唤醒⾃⼰。
该问题也能被推⼴到多个⽣产者和消费者的情形。
2、问题分析该问题需要注意的⼏点：1. 在缓冲区为空时，消费者不能再进⾏消费2. 在缓冲区为满时，⽣产者不能再进⾏⽣产3. 在⼀个线程进⾏⽣产或消费时，其余线程不能再进⾏⽣产或消费等操作，即保持线程间的同步4. 注意条件变量与互斥锁的顺序由于前两点原因，因此需要保持线程间的同步，即⼀个线程消费（或⽣产）完，其他线程才能进⾏竞争CPU，获得消费（或⽣产）的机会。
对于这⼀点，可以使⽤条件变量进⾏线程间的同步：⽣产者线程在product之前，需要wait直⾄获取⾃⼰所需的信号量之后，才会进⾏product的操作；同样，对于消费者线程，在consume之前需要wait直到没有线程在访问共享区（缓冲区），再进⾏consume的操作，之后再解锁并唤醒其他可⽤阻塞线程。
生产者消费者问题实验报告
操作系统课程设计实验报告实验名称: 生产者消费者问题姓名/学号:一、实验目的以生产者和消费者问题为例, 学习Linux和Windows下进程通信、同步机制的具体实现方法, 主要是信号量和共享内存。
熟悉相关系统API的用法。
二、实验内容使用共享内存和信号量机制来实现多个生产者/消费者进程间的通信和同步。
要求在Linux和Windows下分别实现。
缓冲区大小为3, 初始为空。
2个生产者, 随机等待一段时间, 往缓冲区添加数据, 重复6次。
3个消费者, 重复4次。
三、实验环境Ubuntu 10.10 , GCC; Windows 7, VC 6.0;四、程序设计与实现1.Linux下:(1) 数据结构:a.共享内存定义为一个结构, 使得其数据成员更清晰且操作变得简单。
b.共享缓冲区采用循环队列的数据结构，由上面的结构struct buf { int start; int end; int info[BUF_NUM]; }维护。
其中start为队头指针, end为队尾指针, info为数据区域。
(2) 算法:a.大致由三个模块组成:i.主程序(main):ii.创建信号量、共享内存并进行初始化iii.创建生产者、消费者进程, 生产者执行pro_fun(), 消费者执行con_fun()iv.等待所有子进程的结束v.删除信号量、共享内存i.生产者进程(pro_fun):ii.通过key获得信号量、共享内存的ID, 将内存添加到自己的地址空间iii.P(empty), P(mutex), Add(data), V(mutex), V(full)iv.解除和共享内存的关联i.消费者进程(con_fun):ii.通过key获得信号量、共享内存的ID, 将内存添加到自己的地址空间iii.P(full), P(mutex), Add(data), V(mutex), V(empty)iv.解除和共享内存的关联循环队列部分:加入数据: info[end] = value; end = (end + 1) % 3;取出数据: temp = info[start]; info[start] = 0; (start = start + 1)%3; return temp;(3) 程序流程图:a.主函数：b.生产者进程:c.消费者进程和生产者类似4.Windows 下:(1) 数据结构:和Linux大致相同(2) 算法:a.创建的子进程调用正在执行的文件本身, 通过main函数的参数区分主进程和生产者、消费者进程。
生产者—消费者问题
第一章、概述1.1 课题背景在多道程序环境下，进程同步问题十分重要，也是一个相当有趣的问题，因而吸引了不少学者对它进行研究，并由此而产生了一系列经典的进程同步问题。
其中比较有代表性的有“生产者—消费者问题” 、“读者—写者问题” 、“哲学家进餐问题”等等。
通过对这些问题的研究和学习，可以帮助我们更好地理解进程同步概念及实现方法。
1.2生产者—消费者问题生产者—消费者问题（Producer_consumer）是一个经典的进程同步问题。
它描述的是：有一群生产者进程在生产产品，并将此产品提供给消费者进程去消费。
为使生产者进程和消费者进程能并发执行，在它们之间设置有个缓冲区的缓冲池，生产者进程可将它所生产的产品放入一个缓冲区中，消费者进程可从一个缓冲区取得一个产品消费。
尽管所有的生产者进程和消费者进程都是以异步的方式运行的，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品，也不允许生产者进程向一个已装有消息尚未被取走产品的缓冲区投放产品。
如下图所示：1.3进程同步机制在中引入进程后，虽然提高了资源的利用率和系统的吞吐量，但由于进程的异步性，也会给系统造成混乱，尤其是在它们争用临界资源的时候。
例如，当多个进程去争用一台打印机时，有可能使多个进程的输出结果交织在一起，难于区分；而当多个进程去争用共享变量，表格，链表时，有可能使数据处理出错。
进程同步的主要任务就是使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。
1.4进程同步优点进程同步其优点在于能够让操作系统更加有效地对资源进行管理和调度，最大潜力地发挥处理机的性能。
让系统的执行更加畅通无阻，尽可能地让系统少出现一些由于系统资源分配不合理所带来的死锁、死机之类的事情的发生。
保持了处理机的高速运行之后从用户角度来说程序运行所花费的时间就会更短。
从而保证了处理机在相同的时间内有更大的吞吐量。
而把并发进程的同步和互斥问题一般化，就可以得到一个抽象的一般模型，即本次课程设计的任务：生产者—消费者问题。
实习5生产者-消费者问题实现
一、实习内容
熟悉临界资源、信号量及PV操作的定义与物理意义了解进程通信的方法掌握进程互斥与进程同步的相关知识掌握用信号量机制解决进程之间的同步与互斥问题实现生产者－消费者问题，深刻理解进程同步问题
二、实习目的
在Linux操作系统下用C实现经典同步问题：生产者—消费者，具体要求如下： (1)一个大小为10的缓冲区，初始状态为空。 (2)2个生产者，随机等待一段时间，往缓冲区中添加数据，若缓冲区已满，等待消费者取走数据之后再添加，重复10次。 (3)2个消费者，随机等待一段时间，从缓冲区中读取数据，若缓冲区为空，等待生产者添加数据之后再读取，重复10次。
管道通信系统 向管道提供输入的发送进程，以字符流方式将大量的数据送入管道，而接收进程从管道中接收数据。由于发送进程和接收进程是利用管道进行通信的，故称为管道通信。 为了协调发送和接收双方的通信，管道通信机制必须提供以下3方面的协调功能。 （1）互斥 当一个进程正在对pipe文件进行读或写操作时，另一个进程必须等待。 （2）同步 当写进程把一定数量的数据写入pipe文件后，便阻塞等待，直到读进程取走数据后，再把写进程唤醒。 （3）确认对方是否存在 只有确定对方已存在时，才能进行管道通信，否则会造成因对方不存在而无限制地等待。
在这个问题当中，我们采用信号量机制进行进程之间的通信，设置两个信号量，空的信号量和满的信号量。 在Linux系统中，一个或多个信号量构成一个信号量集合。使用信号量机制可以实现进程之间的同步和互斥，允许并发进程一次对一组信号量进行相同或不同的操作。每个P、V操作不限于减1或加1，而是可以加减任何整数。在进程终止时，系统可根据需要自动消除所有被进程操作过的信号量的影响 1．缓冲区采用循环队列表示，利用头、尾指针来存放、读取数据，以及判断队列是否为空。缓冲区中数组大小为10； 2．利用随机函数rand()得到A～Z的一个随机字符，作为生产者每次生产的数据，存放到缓冲区中；
生产者消费者问题实验报告
生产者消费者问题实验报告生产者消费者问题实验报告一、引言生产者消费者问题是计算机科学中一个经典的并发问题，主要涉及到多个线程之间的协作和资源的共享。
在本实验中，我们通过编写一个简单的程序来模拟生产者和消费者之间的交互过程，以深入理解该问题的本质和解决方案。
二、问题描述在生产者消费者问题中，有两类线程：生产者和消费者。
生产者线程负责生产一定数量的产品，而消费者线程则负责消费这些产品。
两类线程需要共享一个有限的缓冲区，生产者将产品放入缓冲区，而消费者从缓冲区中取出产品。
然而，缓冲区的容量是有限的，当缓冲区已满时，生产者需要等待，直到有空间可用。
同样地，当缓冲区为空时，消费者需要等待，直到有产品可用。
三、实验设计为了解决生产者消费者问题，我们采用了经典的解决方案——使用互斥锁和条件变量。
互斥锁用于保护共享资源的访问，保证同一时间只有一个线程可以访问共享资源。
而条件变量用于线程之间的通信，当某个条件不满足时，线程可以通过条件变量进入等待状态，直到条件满足时再被唤醒。
在我们的程序中，我们使用了一个有界缓冲区来模拟生产者消费者之间的交互。
缓冲区的大小可以通过参数进行设置。
我们创建了两个线程分别代表生产者和消费者，它们通过互斥锁和条件变量来实现同步。
生产者线程在缓冲区未满时将产品放入缓冲区，并通知消费者线程有产品可用；消费者线程在缓冲区非空时从缓冲区取出产品，并通知生产者线程有空间可用。
通过这种方式，我们保证了生产者和消费者之间的协作和资源的共享。
四、实验结果经过多次运行实验，我们观察到了以下现象：当生产者线程的生产速度大于消费者线程的消费速度时，缓冲区会被生产者填满，消费者需要等待；当消费者线程的消费速度大于生产者线程的生产速度时，缓冲区会被消费者清空，生产者需要等待。
只有当生产者和消费者的速度相等时，才能实现平衡的生产和消费。
此外，我们还发现在某些情况下，生产者和消费者线程可能出现死锁或饥饿现象。
死锁是指两个或多个线程相互等待对方释放资源，导致程序无法继续执行的情况。
生产者消费者问题
⽣产者消费者问题⽣产者消费者问题背景在并发编程中，⽣产者消费者问题(producer/consumer)是⼀个经典的⽼⽣常谈的问题，有时也称为有界缓冲区问题。
问题的基本背景假设是：我们有⼀个固定⼤⼩的缓冲区，这个缓冲区分别有两种⼯作性质不同的线程去操作。
其中⼀种线程负责向缓冲区中写⼊数据，我们称之为⽣产者线程。
另⼀种线程则负责从缓冲区中拿取数据，并称之为消费者线程。
同时两种线程的写⼊和拿取⼯作要遵循⼀定的规则：1. 缓冲区未写满时，⽣产者线程可以向缓冲区中写⼊数据。
但是消费者线程不能从缓冲区中读取数据。
2. 缓冲区写满时，⽣产者线程不能向缓冲区中写⼊数据，消费者线程可以冲缓冲区中读取数据。
3. 不管是那种性质的线程，在操作缓冲区时，均不可出现并发安全问题。
分析可以得知，解决⽣产者消费者问题，其实就是要解决线程同步问题与共享资源互斥访问问题。
互斥问题的解决可以借助锁来实现，⽽线程同步则需借助信号量或其他⼯具来实现。
Java实现class FixedSizeBuffer{private static final int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 1024;private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 共享资源访问锁private final Condition isFull = lock.newCondition(); // buffer是否已满private final Condition isEmpty = lock.newCondition(); // buffer是否还空着private final int size; // buffer的⼤⼩private final byte[] buffer; // bufferprivate int cursor; // 写⼊游标public FixedSizeBuffer(){this(DEFAULT_BUFFER_SIZE);}public FixedSizeBuffer(int size){if (size <= 0) throw new IllegalArgumentException();this.size = size;this.buffer = new byte[size];cursor = -1;}/*** 向buffer中写⼊⼀个字节的数据* @param content 数据内容* @throws InterruptedException 中断异常*/public void putByte(byte content) throws InterruptedException{/*由于要对共享资源buffer进⾏访问，所以要加锁。
详细描述什么是生产者和消费者问题
详细描述什么是生产者和消费者问题.
生产者和消费者问题是经济学中的一个基本理论，它研究如何调节生产规模与利润最大化。
当某些人的效用水平不断提高时，他就会增加对这类物品的需求；而当他们的收入水平相应地达到了一定程度以后，则会减少或停止对这类物品的需求。
从表面上看来，在消费者效用最大化行为和企业利润最大化目标之间存在着冲突，实际情况并非如此。
假设有甲乙两种商品： A 商品每单位价格为2元 B 商品每单位价格为1元消费者只能购买其中之一。
但可以购买更多，且认为所有商品的总价值等于各自价格乘积之和。
显然，如果把 A 商品卖出去，那么甲商品便属于消费者，同样的道理，消费者也可以将 A 商品出售给生产者，换回 B 商品。
由于市场交易成本很低， A 商品和 B 商品都可以得到补偿。
因此，在经济资源配置中，最重要的是使有限的生产资源通过贸易得到合理、充分的利用，尽量避免资源浪费和环境污染。
显然，根据这一原理，我国现阶段实施市场机制运作的“两头在外”的市场体系与美国等发达国家是无法相比的。
从长远考虑，我国必须建立统一开放竞争的市场体系，实现资源的优化配置。
- 1 -。
生产者消费者问题
insert_item(item); // 将新数据放入缓冲区
up(&mutex); // 离开临界区
if (count == N -1) // 缓冲区有空槽
{ // 唤醒生产者
consumer_item(item); // 处理数据项
}
}
该解决方案使用了三个信号量：一个为 full，用来记录充满的缓冲槽的数目，一个为 empty，记录空的缓冲槽总数，一个为 mutex，用来确保生产者和消费者不会同时访问缓冲区。mutex 的初始值为 1，供两个或者多个进程使用的信号量，保证同一个时刻只有一个进程可以进入临界区，称为二元信号量（binary semaphore）。如果每一个进程在进入临界区前都执行一个 down(...)，在刚刚退出临界区时执行一个 up(...)，就能够实现互斥。
生产者-消费者（producer-consumer）问题，也称作有界缓冲区（bounded-buffer）问题，两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者，用于将消息放入缓冲区；另外一个是消费者，用于从缓冲区中取出消息。问题出现在当缓冲区已经满了，而此时生产者还想向其中放入一个新的数据项的情形，其解决方法是让生产者此时进行休眠，等待消费者从缓冲区中取走了一个或者多个数据后再去唤醒它。同样地，当缓冲区已经空了，而消费者还想去取消息，此时也可以让消费者进行休眠，等待生产者放入一个或者多个数据时再唤醒它。
// 缓冲区大小
#define N 100
int count = 0; // 跟踪缓冲区的记录数
/* 生产者进程 */
void procedure(void)
生产者与消费者之间的同步与互斥问题
问题描述
• 一个仓库可以存放K件物品。生产者每生产一件 产品，将产品放入仓库，仓库满了就停止生产。 消费者每次从仓库中去一件物品，然后进行消费， 仓库空时就停止消费。 • 生产者与消费者问题是许多相互合作进程的一种 抽象。例如，在输入时，输入进程是生产者，计 算进程是消费者。在输出时，计算进程是生产者， 打印进程是消费者。
Thank you !!
姚俊 朱景焕 宋聪 郭涛 欧阳睿 朱思勇 杨凝 熊伟 唐沐 万骞 闫弈潼
例 1
电子邮件信箱
1 2
……
n
发送进程 A接收进程Fra bibliotekB当信箱满时，发送进程只有等待接收进程取走信件， 当信箱空时，接收进程必须等待发送进程发送信件。
生产者与消费者之间的同步与互斥问题 同步问题：
1.只要缓冲池未满，生产者便可将消息送入缓 冲池，否则等待。 2.只要缓冲池未空，消费者便可从缓冲池中取 走一个消息，否则等待。
互斥问题：
1.生产者与生产者之间、消费者与消费者之间 互斥访问缓冲池。 2.生产者和消费者之间互斥访问缓冲池。
生产者/消费者问题
• 一个生产者，一个消费者，一个缓冲区 • 确定同步对象 • 确定同步约束条件 • 确定同步时机 • 定义信号量：考虑为每个同步对象设一个 信号量 • 用wait()操作判断同步条件是否满足 • 用signal()操作向其它同步对象发同步信号
•进程间的关系 •生产者生产消息 后 消费者消费的合作 关系 •消费者消费 后 的空白缓冲块由生产者 生产消息的合作关系 •进程间在队列操作上的互斥关系
生产者与消费者算法
生产者与消费者算法1. 简介生产者与消费者算法是操作系统中一种解决生产者与消费者问题的经典算法。
生产者与消费者问题是指多个生产者和多个消费者共享一个有限缓冲区，生产者向缓冲区中放入数据，消费者从缓冲区中取出数据的问题。
生产者与消费者算法通过合理地同步生产者与消费者的操作，保证生产者和消费者的正确性和公平性。
本文将介绍生产者与消费者算法的原理、实现和使用方法。
2. 原理生产者与消费者算法的核心思想是使用互斥锁和条件变量。
互斥锁用于保护共享缓冲区的访问，条件变量用于实现生产者和消费者之间的等待和唤醒操作。
具体来说，算法包括以下几个步骤：1.定义共享缓冲区，并初始化相关变量（如指针、计数器等）。
2.创建互斥锁和条件变量，并初始化。
3.同时启动多个生产者线程和消费者线程。
4.生产者线程的主要工作是生产数据并将其放入缓冲区中。
在放入数据之前，需要获取互斥锁进行保护。
5.消费者线程的主要工作是从缓冲区中取出数据并进行消费。
在取出数据之前，需要获取互斥锁进行保护。
6.若缓冲区已满，生产者线程需要等待条件变量唤醒。
7.若缓冲区为空，消费者线程需要等待条件变量唤醒。
8.当生产者线程放入数据后，需唤醒等待中的消费者线程；当消费者线程取出数据后，需唤醒等待中的生产者线程。
9.在线程操作结束后，释放互斥锁。
3. 实现以下是一个简单的生产者与消费者算法的示例代码。
代码使用了C语言的pthread库实现多线程。
```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h>#define BUFFER_SIZE 5 // 缓冲区大小int buffer[BUFFER_SIZE]; // 共享缓冲区 int in = 0; // 指示下一个生产者放置数据的位置 int out = 0; // 指示下一个消费者取出数据的位置pthread_mutex_t mutex; // 互斥锁 pthread_cond_t full; // 缓冲区满条件变量pthread_cond_t empty; // 缓冲区空条件变量void producer(void arg) { int data = 0; while (1) { pthread_mutex_lock(&mutex); while ((in + 1) % BUFFER_SIZE == out) { pthread_cond_wait(&full, &mutex); }buffer[in] = data; in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; data++;pthread_cond_signal(&empty); pthread_mutex_unlock(&mutex); } }void consumer(void arg) { while (1) { pthread_mutex_lock(&mutex); while (in == out) { pthread_cond_wait(&empty, &mutex); } int data = buffer[out]; out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; printf(。
四川大学操作系统课程设计第三次实验报告生产者和消费者
实验报告（学生打印后提交）实验名称: 生产者和消费者问题实验时间: 2023年 5 月 5日●实验人员:●实验目的：掌握基本的同步互斥算法, 理解生产者和消费者模型。
●了解Windows 2023/XP中多线程的并发执行机制, 线程间的同步和互斥。
●学习使用Windows 2023/XP中基本的同步对象, 掌握相应的API●实验环境: WindowsXP ＋ VC++6.0●运用Windows SDK提供的系统接口（API, 应用程序接口）完毕程序的功能。
API是操作系统提供的用来进行应用程序设计的系统功能接口。
使用API, 需要包含对API函数进行说明的SDK头文献, 最常见的就是windows.h实验环节:1.读懂源程序.2.编辑修改源程.......................................实验陈述:1.基础知识:本实验用到几个API函数：CreateThread CreateMutex, WaitForSingleObject, ReleaseMutexCreateSemaphore, WaitForSingleObject, ReleaseSemaphore, ReleaseMutex, nitializeCriticalSection, EnterCriticalSection, LeaveCriticalSection。
这些函数的作用：CreateThread, 功能：创建一个线程, 该线程在调用进程的地址空间中执行。
CreateMutex,功能：产生一个命名的或者匿名的互斥量对象。
WaitForSingleObject（相应p操作）锁上互斥锁, ReleaseMutex（相应v操作）打开互斥锁.。
CreateSemaphore, 创建一个命名的或者匿名的信号量对象。
信号量可以看作是在互斥量上的一个扩展。
WaitForSingleObject, 功能：使程序处在等待状态, 直到信号量（或互斥量）hHandle出现或者超过规定的等待最长时间, 信号量出现指信号量大于或等于1, 互斥量出现指打开互斥锁。
试修改下面生产者—消费者问题解法中的错误(信号量mutex的初值为1,信号量empty的
试修改下面生产者—消费者问题解法中的错误(信号量mutex的初值为1,信号量empty的生产者-消费者问题：1. 介绍生产者—消费者问题(Producer-Consumer Problem)是多线程编程中，一种常见的线程同步问题，也是一种临界资源共享问题，因此也被称作生产者-消费者问题，它可以用来描述并发线程的安全访问和同步的问题。
2. 背景生产者—消费者问题一般描述如下:存在一个有容量的buffer，多个producer通过放置产品到buffer中，把buffer填满，每个producer都有自己的能力，可以生产出一条货物，而多个consumer也可以从buffer中提取货物，以消耗buffer中的货物。
3. 传统解法传统解法基于信号量进行控制，通常情况下，需要两个信号量mutex和empty ， mutex 保证buffer中只有一个生产者或者一个消费者，empty 的初值位buffer的容量，当一个生产者有了新的产物，会将empty 的值-1，而当一个消费者提取了一个产物，会将empty 的值+1 。
4. 错误现象在实际的生产者—消费者问题中，经常出现信号量mutex的初始值为1，信号量empty的初始值为0，这时候就可能出现阻塞情况，因为生产者可能会在某一时刻被锁住导致无法继续工作，进而导致消费者一直消耗不及生产，无法使得系统运行成功。
5. 优化策略一种常用的解决方案是在准备阶段，保证信号量mutex和empty的初始值满足：mutex=1， empty>0的条件。
此外，在生产者与消费者的执行阶段，通过一定的算法控制其访问buffer的次数，以保证能够容纳所有的生产者和消费者，以达到完美的运行效果。
6. 总结综上所述，生产者—消费者问题是一种多线程编程中，常见的线程同步与资源共享问题，若不完整理解其原理和该问题本身，在实践时很容易出现同步错误，形成死锁。
一种优化的解决方法是在准备阶段，保证信号量mutex和empty的初始值满足：mutex=1，empty>0的条件，并在生产者与消费者的执行阶段，通过一定的算法进行配合，才能让系统安全运行。
生产者和消费者问题实验报告
格式： V。IDEnterCriticalSection( LPCRITICAL_SECTI。NIpCnticalSection )； LeaveCriticalSection的用法 功能：释放指定临界区对象的所有权。 格式： V。IDLeaveCriticalSection( LPCRITICAL.SECTI。NIpCriticalSection )； 2)程序结构 MI-I和序结构图 3)数据结构 (1)用一个整型数组Buffer-Critical来代表缓冲区。不管是生产产品还是对已有产品的消费都
Fer(inti-∙zi<R.reqvestHunU∙∙)
n_tħrei。.re<∣ι>tst[1]-((Thread!i⅞Fφ∙)(p))->thre⅛d.reqvest(1];
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F∙r(l-∙U<R..req<∣p⅝tHuAU*∙)<
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文件G)⅛M∙Z)2«(X)收就")工具(D隅船。i) r^i∙-。CAftφct∙taisg4S∙S∖n<s∖Mmm6lr∙t0tA4面3f⅞文件夹∖*JfFl 文件和文件关任务 J创建一个新文件夹 θ将这个文件英宣布到 WHtb H共享，及伴英 IT*+6Y。rkSP∙c∙ Urn C*÷Ssιrc∙6KB Un VV忖Inttllistns 25KB 10簪巷
计算机操作系统复习题目(2)
第二章进程管理（三）进程同步5、经典同步问题1、生产者—消费者问题生产者消费者问题是一种同步问题的抽象描述。
计算机系统中的每个进程都可以消费（使用）或生产（释放）某类资源。
这些资源可以是硬件资源，也可以是软件资源。
当某一进程使用某一资源时，可以看作是消费，称该进程为消费者。
而当某一进程释放某一资源时，它就相当于生产者。
问题1：设某计算进程CP和打印进程IOP共用一个单缓冲区，CP进程负责不断地计算数据并送入缓冲区T中，IOP进程负责不断地从缓冲区T中取出数据去打印。
通过分析可知，ＣＰ、ＩＯＰ必须遵守以下同步规则：(1)当ＣＰ进程把计算结果送入缓冲区时，IOP进程才能从缓冲区中取出结果去打印;(2)当IOP进程把缓冲区中的数据取出打印后，ＣＰ进程才能把下一个计算结果送入缓冲区.(3)为此设有两个信号量Sa=0，Sb=1，Sa表示缓冲区中有无数据，Sb表示缓冲区中有无空位置。
两个进程的同步可以描述如下：问题2：一组生产者通过具有N个缓冲区的共享缓冲池向一组消费者提供数据。
问题分析”：为解决生产者消费者问题，应该设两个同步信号量，一个说明空缓冲区的数目，用empty表示，初值为有界缓冲区的大小N，另一个说明已用缓冲区的数目，用full表示，初值为０。
由于在此问题中有M个生产者和N个消费者，它们在执行生产活动和消费活动中要对有界缓冲区进行操作。
由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以，另外还需要设置一个互斥信号量mutex，其初值为１。
问题的解：注意：在每个程序中用于实现互斥的P(mutex)和V(mutex)必须成对的出现对资源信号量empty和full的P和V操作，同样需要成对地出现，但它们分别处于不同的程序中。
在每个程序中的多个P操作顺序不能颠倒。
先同步后互斥。
生产者进程缓冲池消费者进程1┇┇i┇┇2、哲学家就餐问题有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子。
生产者和消费者问题
一、生产者和消费者问题1、一个生产者和一个消费者情况：main (){ int S=1; //可否进入缓冲区int S0=0; //产品数目int Sn=n //可用缓冲区数producer();consumer();}producer(){produce a productP(Sn);P(S);Put the product into bufferV(S0);V(S);}consumer(){P(S0);P(S);Take a product from bufferV(Sn);V(S);Consume the product}2、m个生产者和k个消费者共享n个缓冲区的情况：main(){int B[n]; //缓冲区int p=r=0; //p表示生产者指针，r表示消费者指针int S=1; //可否进入缓冲区int S0=0; //产品数目int Sn=n; //可用缓冲区数producer();consumer();}producer(){while (producing does not end ){produce a productP(Sn);P(S);B[p]=product;p=(p+1)mod n; //每放入一个产品，位置指针后移一位V(S0);V(S);}}consumer(){while (continue to consume){P(S0);P(S);Take a product from B[r]r=(r+1)mod n; // 从第一个开始，消费一个后，指向下一个V(Sn);V(S);Consume}}二、读者与写者问题1、读者与写者有相同的优先级的情况：main(){int S=1; //读者与写者，写者与写者间的互斥，即可否修改文件int Sr=1; //可否修改读者个数int rc=0; //读者个数reader();writer();}reader(){P(Sr);rc=rc+1;if(rc==1) P(S);V(Sr);read file FP(Sr);rc=rc-1;if(rc==0) V(S);V(Sr);}writer(){P(S);Write file FV(S);}2、写者优先问题：main(){int S=1; //可否修改文件int Sn=n; //最多有n个进程可以同时进行读操作reader();writer()}reader(){P(S);P(Sn);V(S);Read file FV(Sn);}writer(j){P(S)for (int i=1;i<=n;i++) P(Sn);Write file Ffor(i=1; i<=n; i++) V(Sn);V(S);}例题1、有一个阅览室，读者进入时必须先在一张登记表上进行登记。
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课程设计题目生产者和消费者问题学院计算机科学与技术专业班级姓名指导教师吴利军2013 年 1 月16 日课程设计任务书学生姓名：指导教师：吴利军工作单位：计算机科学与技术学院题目: 进程同步模拟设计——生产者和消费者问题初始条件：1．预备内容：阅读操作系统的进程管理章节内容，对进程的同步和互斥，以及信号量机制度有深入的理解。
2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题。
2．设计报告内容应说明：⑴需求分析；⑵功能设计（数据结构及模块说明）；⑶开发平台及源程序的主要部分；⑷测试用例，运行结果与运行情况分析；⑸自我评价与总结：i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；iv）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；时间安排：设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。
周2、周3：完成程序调试及测试。
周4、周5：验收、撰写课程设计报告。
（注意事项：严禁抄袭，一旦发现，一律按0分记）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日生产者－消费者问题(the producer-consumer problem) 1.需求分析1.1问题描述：一组生产者向一组消费者提供消息，它们共享一个有界缓冲区n，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。
1.2规则：⏹对于生产者进程：产生一个数据，当要送入缓冲区时，要检查缓冲区是否已满，若未满，则可将数据送入缓冲区，并通知消费者进程；否则，等待；⏹对于消费者进程：当它去取数据时，要看缓冲区中是否有数据可取，若有则取走一个数据，并通知生产者进程，否则，等待。
⏹缓冲区是个临界资源，因此，诸进程对缓冲区的操作程序是一个共享临界区，所以，还有个互斥的问题。
1.3信号灯设置：两个同步信号灯--empty ：表示空缓冲区的数目，初值为有界缓冲区的大小n；full ：表示满缓冲区(即信息)的数目，其初值为0；一个互斥信号灯--mutex：互斥信号灯，初值为1。
1.4同步描述：1.5程序描述：main( ){int full=0；/* 满缓冲区的数目 */int empty=n；/* 空缓冲区的数目 */int mutex=1；/* 对有界缓冲区进行操作的互斥信号灯*/cobeginp1 ( )；p2( )；coend}p1(){while(生产未完成){···生产一个产品;p(empty);p(mutex);送一个产品到有界缓冲区;v(mutex)；v(full);}}p2( ){while(还要继续消费){p(full)；p(mutex)；从有界缓冲区中取产品；v(mutex)；v(empty)；···消费一个产品；}}1.6C++语言程序模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题：本次课程设计主要通过C++模拟信号量制中各个进程，及各进程之间的互斥、同步关系，来实现生产者和消费者问题。
2.功能设计2.1设计目的：通过实验模拟生产者和消费者之间的关系，了解并掌握他们之间的关系及其原理。
由此增加对进程同步的问题的了解。
具体如下:1）掌握基本的同步互斥算法，理解生产者和消费者模型；2）了解windows中多线程（多进程）的并发执行机制，线程（进程）间的同步和互斥； 3）学习使用windows中基本的同步对象，掌握相应的API。
2.2设计功能:利用模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题：通过用户控制取进程和放进程，反应生产者和消费者问题中所涉及的进程的同步与互斥。
2.3数据结构：2.4模块说明：const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; //缓冲区长度unsigned short ProductID = 0; //产品号unsigned short ConsumeID = 0; //将被消耗的产品号unsigned short in = 0; //产品进缓冲区时的缓冲区下标unsigned short out = 0; //产品出缓冲区时的缓冲区下标int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER]; //缓冲区是个循环队列bool g_continue = true; //控制程序结束HANDLE g_hMutex; //用于线程间的互斥HANDLE g_hFullSemaphore; //当缓冲区满时迫使生产者等待HANDLE g_hEmptySemaphore; //当缓冲区空时迫使消费者等待DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生产者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消费者线程3.开发平台及源程序的主要部分：3.1开发平台：基于VS2010开发平台的C++编程3.2源程序的主要部分：#include <windows.h>#include <iostream>const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; //缓冲区长度unsigned short ProductID = 0; //产品号unsigned short ConsumeID = 0; //将被消耗的产品号unsigned short in = 0; //产品进缓冲区时的缓冲区下标unsigned short out = 0; //产品出缓冲区时的缓冲区下标int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER]; //缓冲区是个循环队列bool g_continue = true; //控制程序结束HANDLE g_hMutex; //用于线程间的互斥HANDLE g_hFullSemaphore; //当缓冲区满时迫使生产者等待HANDLE g_hEmptySemaphore; //当缓冲区空时迫使消费者等待DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生产者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消费者线程int main(){//创建各个互斥信号g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);g_hFullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);g_hEmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);//调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，//生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生产者的个数const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消费者的个数//总的线程数const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLE hThreads[PRODUCERS_COUNT]; //各线程的handleDWORD producerID[CONSUMERS_COUNT]; //生产者线程的标识符DWORD consumerID[THREADS_COUNT]; //消费者线程的标识符//创建生产者线程for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);if (hThreads[i]==NULL) return -1;}//创建消费者线程for (int j=0; j<CONSUMERS_COUNT; ++j){hThreads[PRODUCERS_COUNT+j]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[j ]);if (hThreads[j]==NULL) return -1;}while(g_continue){if(getchar()){ //按回车后终止程序运行g_continue = false;}}return 0;}//生产一个产品。
简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号void Produce(){std::cerr << "Producing " << ++ProductID << " ... "; std::cerr << "Succeed" << std::endl;}//把新生产的产品放入缓冲区void Append(){std::cerr << "Appending a product ... ";g_buffer[in] = ProductID;in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;//输出缓冲区当前的状态for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){std::cout << i <<": " << g_buffer[i];if (i==in) std::cout << " <-- 生产";if (i==out) std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl;}}//从缓冲区中取出一个产品void Take(){std::cerr << "Taking a product ... ";ConsumeID = g_buffer[out];out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;//输出缓冲区当前的状态for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){std::cout << i <<": " << g_buffer[i];if (i==in) std::cout << " <-- 生产";if (i==out) std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl;}}//消耗一个产品void Consume(){std::cerr << "Consuming " << ConsumeID << " ... "; std::cerr << "Succeed" << std::endl;}//生产者DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Produce();Append();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);}return 0;}//消费者DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Take();Consume();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);}return 0;}4.测试用例，运行结果与运行情况分析：4.1测试用例：在本次课程设计的测试中，缓冲区长度是取值为10，生产者个数取值为3，消费者个数取值为1.4.2运行结果与分析：在测试中调整生产者和消费者的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待。